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冲压模具实例
冲压模具实例
例8.2.1冲裁模设计与制造实例
工件名称:
手柄
工件简图:
如图8.2.1所示。
生产批量:
中批量
材料:
Q235-A钢
材料厚度:
1.2mm
1.冲压件工艺性分析
此工件只有落料和冲孔两个工序。
材料为Q235-A钢,具有良好的冲压性能,适合冲裁。
工件结构相对简单,有一个φ8mm的孔和5个φ5mm的孔;孔与孔、孔与边缘之间的距离也满足要求,最小壁厚为3.5mm〔大端4个φ5mm的孔与φ8mm孔、φ5mm的孔与R16mm外圆之间的壁厚〕。
工件的尺寸全部为自由公差,可看作IT14级,尺寸精度较低,一般冲裁完全能满足要求。
2.冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、冲孔两个差不多工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后冲孔。
采纳单工序模生产。
方案二:
落料-冲孔复合冲压。
采纳复合模生产。
方案三:
冲孔-落料级进冲压。
采纳级进模生产。
方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,成本高而生产效率低,难以满足中批量生产要求。
方案二只需一副模具,工件的精度及生产效率都较高,但工件最小壁厚3.5mm接近凸凹模许用最小壁厚3.2mm,模具强度较差,制造难度大,同时冲压后成品件留在模具上,在清理模具上的物料时会阻碍冲压速度,操作不方便。
方案三也只需一副模具,生产效率高,操作方便,工件精度也能满足要求。
通过对上述三种方案的分析比较,该件的冲压生产采纳方案三为佳。
3.要紧设计运算
〔1〕排样方式的确定及其运算
设计级进模,第一要设计条料排样图。
手柄的形状具有一头大一头小的特点,直排时材料利用率低,应采纳直对排,如图8.2.2所示的排样方法,设计成隔位冲压,可显著地减少废料。
隔位冲压确实是将第一遍冲压以后的条料水平方向旋转180°,再冲第二遍,在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。
搭边值取2.5mm和3.5mm,条料宽度为135mm,步距离为53mm,一个步距的材料利用率为78%〔运算见表8.2.1〕。
查板材标准,宜选950mm×1500mm的钢板,每张钢板可剪裁为7张条料〔135mm×1500mm〕,每张条料可冲56个工件,故每张钢板的材料利用率为76%。
图8.2.1手柄工件简图
图8.2.2手柄排样图
〔2〕冲压力的运算
该模具采纳级进模,拟选择弹性卸料、下出件。
冲压力的相关运算见表8.2.1。
依照运算结果,冲压设备拟选J23-25。
〔3〕压力中心的确定及相关运算
运算压力中心时,先画出凹模型口图,如图8.2.3所示。
在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上,将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1~L6共6组差不多线段,用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标〔13.57,11.64〕。
有关运算如表8.2.2所示。
由以上运算结果能够看出,该工件冲裁力不大,压力中心偏移坐标原点O较小,为了便于模具的加工和装配,模具中心仍选在坐标原点O。
假设选用J23-25冲床,C点仍在压力机模柄孔投影面积范畴内,满足要求。
〔4〕工作零件刃口尺寸运算
在确定工作零件刃口尺寸运算方法之前,第一要考虑工作零件的加工方法及模具装配方法。
结合该模具的特点,工作零件的形状相对较简单,适宜采纳线切割机床分别加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板,这种加工方法能够保证这些零件各个孔的同轴度,使装配工作简化。
因此工作零件刃口尺寸运算就按分开加工的方法来运算,具体运算见表8.2.3所示。
图8.2.3凹模型口图
〔5〕卸料橡胶的设计
卸料橡胶的设计运算见表8.2.4。
选用的四块橡胶板的厚度务必一致,不然会造成受力不平均,运动产生歪斜,阻碍模具的正常工作。
4.模具总体设计
〔1〕模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采纳级进冲压,因此模具类型为级进模。
〔2〕定位方式的选择
因为该模具采纳的是条料,操纵条料的送进方向采纳导料板,无侧压装置。
操纵条料的送进步距采纳挡料销初定距,导正销精定距。
而第一件的冲压位置因为条料长度有一定余量,能够靠操作工目测来定。
〔3〕卸料、出件方式的选择
因为工件料厚为1.2mm,相对较薄,卸料力也比较小,故可采纳弹性卸料。
又因为是级进模生产,因此采纳下出件比较便于操作与提高生产效率。
〔4〕导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该级进模采纳中间导柱的导向方式。
5.要紧零部件设计
〔1〕工作零件的结构设计
①落料凸模
结合工件外形并考虑加工,将落料凸模设计成直通式,采纳线切割机床加工,2个M8螺钉固定在垫板上,与凸模固定板的配合按H6/m5。
其总长L可按公式2.9.2运算:
=20+14+1.2+28.8=64mm
具体结构可参见图8.2.4〔a〕所示。
②冲孔凸模
因为所冲的孔均为圆形,而且都不属于需要专门爱护的小凸模,因此冲孔凸模采纳台阶式,一方面加工简单,另一方面又便于装配与更换。
其中冲5个φ5的圆形凸模可选用标准件BⅡ型式〔尺寸为5.15×64〕。
冲φ8mm孔的凸模结构如图8.2.4〔b〕所示。
③凹模
凹模采纳整体凹模,各冲裁的凹模孔均采纳线切割机床加工,安排凹模在模架上的位置时,要依据运算压力中心的数据,将压力中心与模柄中心重合。
其轮廓尺寸可按公式2.9.3、2.9.4运算:
凹模厚度H=kb=0.2×127mm=25.4mm〔查表2.9.5得k=0.2〕
凹模壁厚c=〔1.5~2〕H=38~50.8mm
取凹模厚度H=30mm,凹模壁厚c=45mm,
凹模宽度B=b+2c=〔127+2×45〕mm=217mm
凹模长度L取195mm〔送料方向〕
凹模轮廓尺寸为195mm×217mm×30mm,结构如图8.2.4〔c〕所示。
〔2〕定位零件的设计
落料凸模下部设置两个导正销,分别借用工件上φ5mm和φ8mm两个孔作导正孔。
φ8mm导正孔的导正销的结构如图8.2.5所示。
导正应在卸料板压紧板料之前完成导正,考虑料厚和装配后卸料板下平面超出凸模端面lmm,因此导正销直线部分的长度为1.8mm。
导正销采纳H7/r6安装在落料凸模端面,导正销导正部分与导正孔采纳H7/h6配合。
起粗定距的活动挡料销、弹簧和螺塞选用标准件,规格为8×16。
〔3〕导料板的设计
导料板的内侧与条料接触,外侧与凹模齐平,导料板与条料之间的间隙取1mm,如此就可确定了导料板的宽度,导料板的厚度按表2.9.7选择。
导料板采纳45钢制作,热处理硬度为40~45HRC,用螺钉和销钉固定在凹模上。
导料板的进料端安装有承料板。
〔4〕卸料部件的设计
①卸料板的设计
卸料板的周界尺寸与凹模的周界尺寸相同,厚度为14mm。
卸料板采纳45钢制造,淬火硬度为40~45HRC。
②卸料螺钉的选用
卸料板上设置4个卸料螺钉,公称直径为12mm,螺纹部分为M10×10mm。
卸料
材料:
Crl2MoV热处理:
58~62HRC
技术要求:
尾部与凸模固定板按H6/m5配合
材料:
Crl2MoV
热处理:
58~62HRC
材料:
Crl2MoV热处理:
60~64HRC
图8.2.4工作零件
钉尾部应留有足够的行程空间。
卸料螺钉拧紧后,应使卸料板超出凸模端面lmm,有误差时通过在螺钉与卸料板之间安装垫片来调整。
〔5〕模架及其它零部件设计
该模具采纳中间导柱模架,这种模架的导柱在模具中间位置,冲压时可防止由于偏心力矩而引起的模具歪斜。
以凹模周界尺寸为依据,选择模架规格。
导柱d/mm×L/mm分别为φ28×160,φ32×160;导套d/mm×L/mm×D/mm分别为φ28×115×42,φ32×115×45。
上模座厚度H上模取45mm,上模垫板厚度H垫取10mm,固定板厚度H固取20mm,下模座厚度H下模取50mm,那么,该模具的闭合高度:
H闭=H上模+H垫+L+H+H下模-h2=〔45+10+64+30+50-2〕mm=197mm
式中L——凸模长度,L=64mm;
H——凹模厚度,H=30mm;
h2——凸模冲裁后进入凹模的深度,h2=2mm。
可见该模具闭合高度小于所选压力机J23-25的最大装模高度〔220mm〕,能够使用。
6.模具总装图
通过以上设计,可得到如图8.2.6所示的模具总装图。
模具上模部分要紧由上模板、垫板、凸模〔7个〕、凸模固定板及卸料板等组成。
卸料方式采纳弹性卸料,以橡胶为弹性元件。
下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。
冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。
条料送进时采纳活动挡料销13作为粗定距,在落料凸模上安装两个导正销4,利用条料上φ5mm和φ8孔作导正销孔进行导正,以此作为条料送进的精确定距。
操作时完成第一步冲压后,把条料抬起向前移动,用落料孔套在活动挡料销13上,并向前推紧,冲压时凸模上的导正销4再作精确定距。
活动挡料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm,冲压过程中粗定位完成以后,当用导正销作精确定位时,由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定距。
用这种方法定距,精度可达到0.02mm。
7.冲压设备的选定
通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。
其要紧技术参数如下:
公称压力:
250KN
滑块行程:
65mm
最大闭合高度:
270mm
最大装模高度:
220mm
图8.2.5导正销
图8-2-6手柄级进模装配图
工作台尺寸〔前后×左右〕:
370mm×560mm
垫板尺寸〔厚度×孔径〕:
50mm×200mm
模柄孔尺寸:
φ40mm×60mm
最大倾斜角度:
30°
8.模具零件加工工艺
本副冲裁模,模具零件加工的关键在工作零件、固定板以及卸料板,假设采纳线切割加工技术,这些零件的加工就变得相对简单。
图8.2.4〔a〕所示落料凸模的加工工艺过程如表8.2.5所示。
凹模、固定板以及卸料板都属于板类零件,其加工工艺比较规范。
图8.2.4〔c〕所示凹模的加工过程与图7.2.1所示落料凹模的加工过程完全类似,见表7.2.4,在此不再重复。
9.模具的装配
依照级进模装配要点,选凹模作为装配基准件,先装下模,再装上模,并调整间隙、试冲、返修。
具体装配见表8.2.6所示。
例8.2.2拉深模设计与制造实例
零件简图:
如图8.2.7所示。
生产批量:
大批量
材料:
镀锌铁皮
材料厚度:
1mm
1.冲压件工艺性分析
该工件属于较典型圆筒形件拉深,形状简单对称,所有尺寸均为自由公差,对工件厚度变化也没有作要求,只是该工件作为另一零件的盖,口部尺寸φ69可稍作小些。
而工件总高度尺寸14mm可在拉深后采纳修边达要求。
2.冲压工艺方案的确定
该工件包括落料、拉深两个差不多工序,可有以下三种工艺方案:
方案一:
先落料,后拉深。
采纳单工序模生产。
方案二:
落料-拉深复合冲压。
采纳复合模生产。
方案三:
拉深级进冲压。
采纳级进模生产。
方案一模具结构简单,但需两道工序两副模具,生产效率低,难以满足该工件大批量生产的要求。
方案二只需一副模具,生产效率较高,尽管模具结构较方案一复杂,但由于零件的几何形状简单对称,模具制造并不困难。
方案三也只需一副模具,生产效率高,但模具结构比较复杂,送进操作不方便,加之工件尺寸偏大。
通过对上述三种方案的分析比较,该件假设能一次拉深,那么其冲压生产采纳方案二为佳。
3.要紧设计运算
〔1〕毛坯尺寸运算
依照表面积相等原那么,用解析法求该零件的毛坯直径D,具体运算见表8.2.7。
〔2〕排样及相关运算
采纳有废料直排的排样方式,相关运算见表8.2.7。
查板材标准,宜选750mm×1000mm的冷轧钢板,每张钢板可剪裁为8张条料〔93mm×1000mm〕,每张条料可冲10个工件,故每张钢板的材料利用率为68%。
〔3〕成形次数的确定
该工件底部有一台阶,按阶梯形件的拉深来运算,求出h/dmin=15.2/40=0.38,依照毛坯相对厚度t/D=1/90.5=1.1,查表4.4.3发觉h/dmin小于表中数值,能一次拉深成形。
因此能采纳落料-拉深复合冲压。
〔4〕冲压工序压力运算
该模具拟采纳正装复合模,固定卸料与推件,具体冲压力运算见表8.2.7所示。
依照冲压工艺总力运算结果并结合工件高度,初选开式双柱可倾压力机J23-25。
〔5〕工作部分尺寸运算
落料和拉深的凸、凹模的工作尺寸运算见表8.2.8所示。
其中因为该工件口部尺寸要求要与另一件配合,因此在设计时可将其尺寸作小些,即拉深凹模尺寸取φ68.1+0.08mm,相应拉深凸模尺寸取φ66.1-0.05mm。
工件底部尺寸φ43mm、φ40mm、3mm与R2mm因为属于过渡尺寸,要求不高,为简单方便,实际生产中直截了当按工件尺寸作拉深凸、凹模该处尺寸。
4.模具的总体设计
〔1〕模具类型的选择
由冲压工艺分析可知,采纳复合冲压,因此模具类型为落料-拉深复合模。
〔2〕定位方式的选择
因为该模具使用的是条料,因此导料采纳导料板〔本副模具固定卸料板与导料板一体〕,送进步距操纵采纳挡料销。
〔3〕卸料、出件方式的选择
模具采纳固定卸料,刚性打件,并利用装在压力机工作台下的标准缓冲器提供压边力。
〔4〕导向方式的选择
为了提高模具寿命和工件质量,方便安装调整,该复合模采纳中间导柱的导向方式。
5.要紧零部件设计
〔1〕工作零件的结构设计
由于工件形状简单对称,因此模具的工作零件均采纳整体结构,拉深凸模、落料凹模和凸凹模的结构如图8.2.8所示。
为了实现先落料后拉深,模具装配后,应使拉深凸模的端面比落料凹模端面低。
因此图8.2.8a〕所示拉深凸模,其长度L可按下式运算:
材料:
CrWMn热处理:
工作部分局部淬火,硬度60~64HRC
图8.2.8要紧工作零件
图8.2.8b〕所示凸凹模因为型孔较多,为了防止淬火变形,除了采纳工作部分局部淬火〔硬度58~62HRC〕外,材料也用淬火变形小的CrWMn模具钢。
〔2〕其它零部件的设计与选用
①弹性元件的设计
顶件块在成形过程中一方面起压边作用,另一方面还可将成形后包在拉深凸模上的工件卸下。
其压力由标准缓冲器提供。
②模架及其它零部件的选用
模具选用中间导柱标准模架,可承担较大的冲压力。
为防止装模时,上模误转180°装配,将模架中两对导柱与导套作成粗细不等:
6.模具总装图
由以上设计,可得到如图8.2.9所示的模具总装图。
为了实现先落料,后拉深,应保证模具装配后,拉深凸模6的端面比落料凹模5端面低3mm。
1—凸凹模2—推件块3—固定卸料板4—顶件块5—落料凹模6—拉深凸模
图8.2.9盖落料-拉深复合模
模具工作过程:
将条料送入刚性卸料板3下长条形槽中,平放在凹模面上,并靠槽的一侧,压力机滑块带着上模下行,凸凹模1下表面第一接触条料,并与顶件块4一起压住条料,先落料,后拉深;当拉深终止后,上模回程,落料后的条料由刚性卸料板3从凸凹模上卸下,拉深成形的工件由压力机上活动横梁通过推件块2从凸凹模中刚性打下,用手工将工件取走后,将条料往前送进一个步距,进行下一个工件的生产。
7.冲压设备的选定
通过校核,选择开式双柱可倾压力机J23-25能满足使用要求。
8.工作零件的加工工艺
本副模具工作零件都旋转体,形状比较简单,加工要紧采纳车削。
图8.2.8b〕所示凸凹模的加工工艺过程如表8.2.9所示。
拉深凸模和落料凹模的加工方法与凸凹模相似,限于篇幅,在此就不介绍了。
9.模具的装配
本模具的装配选凸凹模为基准件,先装上模,再装下模。
具体装配过程见第7章。
装配后应保证间隙平均,落料凹模刃口面应高出拉深凸模工作端面3mm,顶件块上端面应高出落料凹模刃口面0.5mm,以实现落料前先压料,落料后再拉深。